CC BY
54
УДК 639. 112.9:611/.64 С 363 И.И. Силкин
СЕЗОННЫЕ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННИХ ПОЛОВЫХ ОРГАНОВ САМЦОВ ОНДАТРЫ В УСЛОВИЯХ ЭКОСИСТЕМЫ БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА
Методами классической гистологии, биометрии и современной гистохимии в дифференциальной оценки белковых и углеводных компонентов выявлен ряд новых закономерностей структурнофункциональных сезонных изменений внутренних половых органов самцов ондатры обитающих в условиях экосистемы Байкальского региона. Полученные данные расширяют современные представления о биологии размножения ондатры, сезонных особенностях строения семенника и придаточных половых желез самцов. Результаты гистологических и гистохимических исследований по вопросам сезонных особенностей структуры и функций гонад и придаточных половых желез самцов ондатры экосистемы озера Байкал представляют несомненный интерес и могут быть использованы при написании соответствующих разделов биологии, зоологии, охотоведения и звероводства, сравнительной гистологии и гистохимии. Биометрические исследования тканевых и клеточных структур семенника и придатка могут быть использованы как базовые (нормативные) при изучении влияния природно-климатических факторов на эти органы, для регуляции промысла и разумного использования популяций ондатры.
Ключевые слова: самцы ондатры, семенники, придаток семенника, предстательная и пузырьковидная железа, просперматогонии, сперматогонии А, первичные сперматоциты, эпителий, нейтральные гликопротеины, сульфатированные гликопротеины, аргинин, общий и свободный катионный белок.
I.I. Silkin SEASONAL STRUCTURAL AND FUNCTIONAL CHANGES OF INTERNAL GENITAL ORGANS OF MUSK-RAT MALES IN CONDITIONS OF BAIKAL REGION ECOSYSTEM
By means of the methods of classic histology, biometry and modern histochemistry in differential estimation of protein and carbohydrate components a number of new regularities in structural and functional seasonal changes of internal genital organs of musk-rat males populating in conditions of Baikal region ecosystem are revealed in the article. The data expand present knowledge about musk-rat breeding biology, seasonal features of testis and male genital appendage structure. The results of histological and histochemical research on the problems of seasonal features of gonad and musk-rat male genital appendage structure and functions in ecosystem of Baikal are of obvious interest and can be used for composing the corresponding sub disciplines of biology, zoology, wild life management and animal breeding, comparative histology and histochemistry. Biometric research of tissue and cell structures of testis and genital appendage can be used as basic (normative) ones for studying the influence of natural climatic factors on these organs, for commercial hunt regulation and for reasonable musk-rat populations use.
Key words: musk-rat males, testises, epididymis, prostate and vesicular gland, prospermatogonium, spermatogonium A, primary spermatocyte, epithelium, neutral glycoproteins, sulfates glycoproteins, arginine, total a free cation-activ protein.
Введение. Ондатра в результате искусственного расселения за пределами своей родины - Северной Америки - в течение прошлого столетия широко распространилась в Евразии. Увеличение площади ареала этого североамериканского по происхождению млекопитающего заслуживает как биологический феномен обоснованного пояснения. Различия в природно-климатических условиях региональных ареалов обитания этого зверька обуславливают разные сроки в наступлении полового созревания и продолжительности гона. Необходимо уточнение общих и характерных для каждого региона, где обитает ондатра, показателей. Уточнение знаний структурно-функциональных изменений полового аппарата самцов ондатры в период активного сперматогенеза и полового покоя позволит решать сложные проблемы размножения этого зверька с выяснением актуальных вопросов становления половой функции и оплодотворения. Кроме того, ондатра является неотъемлемой частью уникальной экосистемы озера Байкал, и необходим разумный подход к использованию охотничьих ресурсов с целью естественного воспроизводства этого зверька. Поэтому изучение ее биологии в целом, органов репродуктивной системы, в частности, заслуживает более пристального внимания.
Имеющиеся литературные данные [3, 6, 7] выполнены по взрослым особям, посвящены изучению семенника и носят фрагментарный характер. Сведений, касающихся изменения придаточных половых желез в зависимости от сезона года, в литературе мы не обнаружили. Абсолютно не представлена гистохимическая характеристика семенников и придаточных половых желез самцов ондатры. Все это послужило основанием для изучения сезонных изменений гонад и придаточных половых желез ондатры, что представляет, несомненно, большой интерес как в теоретическом, так и в практическом отношении.
Материал и методы исследований. Материалом для исследования послужили семенники, придаток семенника, предстательная и пузырьковидная железы половозрелых самцов ондатры (О. zibethica) в разные периоды года (сентябрь-декабрь). Материал был получен в южной зоне Прибайкалья, на территории Иркутского района Иркутской области и Кабанского района Республики Бурятия.
По величине вегетационного периода всю территорию Иркутской области и Республики Бурятия можно разделить на три зоны: южную, среднюю и северную. В южную зону входят южные районы Бурятии до широты города Улан-Удэ и дельты реки Селенги, а также южные районы Иркутской области до широты города Иркутска [2]. Здесь имеются такие ценные, наиболее продуктивные угодья с обильными запасами кормовых растений, как пойма реки Ангары с Иркутским водохранилищем и дельта реки Селенги с прилегающими байкальскими сорами.
Возраст определяли при помощи соответствующих методик (Цыганков Д.С.,1955; Никифоров Л.Н., 1958; Смирнов В.С., 1960; Корсакова И.Б., 1970). Полученный материал фиксировали в 10% растворе нейтрального формалина, жидкости Карнуа, в нейтральной смеси Шабадаша и заключали в парафин.
Для исследования гистоморфологии органов получали срезы, окрашивали гематоксилин-эозином по ван Гизону, железным гематоксилином по Гейденгайну (Ромейс Б., 1953).
Высоту эпителия, диаметры протока и их просвета измеряли винтовым окуляр-микрометром. Для определения объемных соотношений структурных компонентов желез использовали линейный метод оценки полей зрения путем высчитывания отношения между линейными размерами пересекаемых тканей (Автандилов Г.Г., 1990).
Полученные числовые данные макро- и микрометрических показателей подвергали статистической обработке с использованием компьютерных программ «Microsoft Excel» и применяли корреляционный анализ (Плохинский Н.А., 1970; Урбах В.Ю., 1975; Лакин Г.Ф., 1980).
Для выявления углеводов ставили ШИК-реакцию (Шабадаш А.Л., 1947), реакции с основным коричневым (Шубич М.Г., 1961), альциановым синим при рН-1,0 (Lev R., Spicer S.S., 1964) и при pH-2,7 (Mowry R.W., 1956), толуидиновым синим при различных значениях рН, реакцию «скрытой метахромазии» по В.В. Виноградову, В.Б. Потаповой (1961).
ШИК-реакцию проводили в сочетании с обработкой амилазой слюны (Кононский А.И., 1974) и фенил-гидразином (Spicer S.S., 1961, 1963).
Для обнаружения общего белка использовали метод тетразониевого азосочетания по Даниелли с использованием прочного синего Б по Берстону (Пирс Э., 1962), свободного катионного белка - БФС при pH-8,2 (Ringerts N., Zetterberg A., 1966).
Лизин и гистидин выявляли остазиновыми красителями (Попов А.П.,1981), для обнаружения аргинина использовали тиазиновый красный при pH 8,2 (Шубич М.Г. и др., 1975).
Для идентификации углеводных компонентов использовали соответствующие химические и ферментативные контроли (Шубич М.Г., Могильная Г.М., 1979; Шубич М.Г., 1985). Интенсивность гистохимических реакций определялась визуально, возрастная динамика выявлялась методом сравнения окрашенных препаратов.
Результаты исследований. Снижение половой активности самцов ондатры характеризуется постепенным уменьшением всех исследуемых морфометрических показателей. В семеннике в период с конца сентября по конец декабря происходит значительное снижение массы органа с 2,49±0,001г (р<0,001) до
0,28±0,01г (р<0,001) левого и с 2,47±0,01г (р<0,001) до 0,28±0,02г (р<0,001) правого, соответственно, диаметра извитых семенных канальцев с 171,68±9,01 мкм (р<0,001) до 58,75±1,95мкм (р<0,001), высоты сперма-тогенного эпителия с 83,30±3,94мкм (р<0,001) до 23,47±3,11 мкм (р<0,001). Изменяется и клеточный состав. Если в конце сентября он был представлен сустентоцитами, просперматогониями, сперматогониями А и первичными сперматоцитами, то в конце декабря эпителий семенных канальцев представлен сустентоцита-ми и сперматогониями. Интерстициальные эндокриноциты в начале периода спада половой активности среднего размера и располагаются по 3-5 клеток, а в конце декабря они представлены клетками средних и мелких размеров с преобладанием последних. Также происходят и гистохимические изменения в ткани семенника, а именно, реакция на гликоген в эпителии семенных канальцев существенно снижается. Преимущественно гликоген обнаруживается только в отдельных канальцах, которые находятся на стадии дегенерации. В белочной оболочке, собственной пластинке канальцев, волокнах интерстиция он выявляется в незначительных количествах. Цитоплазма некоторых интерстициальных эндокриноцитов также содержит гликоген. Происходит снижение интенсивности реакции на нейтральные гликопротеины и сульфатированные протеогликаны в собственной пластинке канальцев, белочной оболочке, в интерстициальной ткани. Незначительно понижается содержание общего и катионного белков, лизина, гистидина, аргинина в эпителии извитых семенных канальцев и в соединительнотканных структурах семенника. Однако белочная оболочка, соединительная ткань, окружающая канальцы rete testis, по-прежнему активно реагирует на эти компоненты. Вокруг канальцев rete testis образуется мощный остов из волокон соединительной ткани. Сами канальцы сжаты и представляют собой узкие полости. Запустение в семенных канальцах, отсутствие в них сперматогенеза, разрастание интерстициальной ткани - все это свидетельствует о прекращении функциональной активности гонад в конце декабря.
В придатке семенника в течение исследуемого периода также происходят изменения. Если в конце сентября диаметр головки протока придатка составлял 205,75±2,23мкм (р<0,001), высота эпителия 45,50±0,95мкм (р<0,05), соответственно, тела 193,16+5,47 мкм (р<0,001) и 40,53+0,83 мкм (р<0,005), хвоста 171,00+5,67 мкм (р<0,001) и 33,14+0,86 мкм (р<0,01), то на конец декабря эти показатели существенно уменьшились и составили в головке придатка 56,31+1,31 мкм (р<0,001) и 21,12+0,93 мкм (р<0,001), в теле 61,43+2,77 мкм (р<0,001), в хвосте 18,14+0,97 мкм (р<0,01). Происходит изменение удельных объемов паренхимы, кровеносных сосудов и стромы в пользу последней. Просвет протока придатка на всем протяжении не содержит спермии. Толщина волокнисто-мышечного слоя существенно увеличивается во всех областях придатка, однако в хвосте она больше. Между эпителиоцитами наблюдаются межклеточные пустоты. Извивающийся проток и прилежащий к нему волокнисто-мышечный слой окружены волокнистой соединительной тканью. Гистохимически отмечается существенное снижение уровня гликогена. В апикальной части эпителио-цитов протока придатка, в клетках волокнисто-мышечного слоя последний обнаруживается в совершенно небольших количествах. Несколько снижается количество нейтральных гликопротеинов в эпителии выносящих канальцев и протока придатка, собственной пластинке, базальной мембране, волокнисто-мышечном слое.
Интенсивность реакции на сульфатированные гликопротеины, которые обычно находятся в апикальной части цитоплазмы эпителиоцитов, в содержимом просвета протока придатка не изменяется по сравнению с предыдущими периодами. Однако реакция на катионный белок, гистидин в цитоплазме эпителиоцитов менее интенсивная. Аригинин в последней вообще не обнаруживается, хотя ядро, собственная пластинка, адвентиций и волокнисто-мышечный слой содержат незначительное количество этого компонента. Вышеперечисленные структуры, за исключением ядра, интенсивно реагируют на общий белок, лизин и гистидин.
В предстательной железе к концу декабря происходит снижение высоты эпителия в концевых отделах и выводных протоках с 25,16+2,96 мкм (р>0,05) и 22,71+2,96 мкм (р>0,05), в конце сентября до 20,76+5,26 мкм (р>0,05) и 19,63+3,76 мкм (р>0,05). Отмечается существенное утолщение соединительнотканных перегородок и уменьшение величины секретирующих отделов. Значительно увеличивается удельный объем стромы и соответственно уменьшается удельный объем паренхимы и кровеносных сосудов. Содержание гликогена несколько снижается. Интенсивность реакции на нейтральные гликопротеины уменьшается, а сиалогликопро-теины не выявляются. Несколько повысилось содержание сульфатированных гликопротеинов и протеоглика-нов. Отмечается незначительное уменьшение интенсивности реакции на катионный белок и гистидин. Содержание общего белка осталось без изменений. В цитоплазме и ядрах гландулоцитов аргинин не выявляется.
В течение исследуемого периода времени в пузырьковидной железе на конец декабря отмечается утолщение соединительнотканных перегородок и, как следствие, уменьшение величины секретирующих отделов. Строма значительно превалирует над паренхимой и кровеносными сосудами. Снижается высота эпителия в концевых отделах с 30,52±4,27мкм (р>0,05) до 23,49±5,15мкм (р>0,05) и в выводных протоках железы с 32,14±1,83мкм (р>0,05) до 19,76±3,27мкм (р>0,05). Эпителий секретирующих отделов представлен столбчатыми гландулоцитами с округлой формы ядрами, расположенными на разных уровнях. Выводные протоки выстланы низкостолбчатым эпителием. Очень малое количество гликогена содержится в соединительнотканной капсуле, межальвеолярной соединительной ткани. Интенсивность реакции на нейтральные гликопротеины существенно ослабла в цитоплазме гландулоцитов и эпителиоцитов выводных протоков, в строме. Реакция на сульфатированные гликопротеины заметная в цитоплазме эпителиоцитов выводных протоков, а в содержимом просвета и в секретирующих отделах их очень мало. Довольно интенсивная реакция на содержание суль-фатированных протеогликанов в соединительной ткани. В апикальной зоне клеток цитоплазмы выявляется незначительное содержание в гландулоцитах общего белка, лизина, гистидина. Свободный катионный белок выявляется в цитоплазме эпителиоцитов в апикальной части клеток. Незначительное увеличение общего белка, лизина, гистидина отмечено в соединительнотканных структурах и гладкомышечных клетках.
Выводы. Таким образом, нами впервые установлены характерные особенности структурнофункциональных изменений внутренних половых органов самцов ондатры, обитающих в южной зоне Прибайкалья, в зависимости от времени года. Установлены сроки наступления периода полового покоя, характерные для самцов ондатры данного региона. Прослежена общая и характерная для самцов ондатры сезонность размножения. Аналогичные явления в доступной нам литературе отмечали в гонадах у ондатры [7] и кротов [5], а также во внутренних половых органов самцов норок [1]. Наши данные согласуются с результатами научных исследований [4], где сообщается, что семенные канальцы в период регрессии имеют строение, характерное для эмбрионального и раннего постанатального развития гонад. Однако американские исследователи [8] сообщают, что в штате Луизиана (США) у ондатры не отмечается сезонности размножения и сперматогенез протекает непрерывно. Но это не противоречит нашим данным, так как необходимо отметить, что Луизиана - южный штат США, его природно-климатические условия характеризуются очень теплым климатом и практически отсутствием зимы. Зима в этом регионе США весьма условна по сравнению с таковой в условиях Байкальского региона.
Литература
1. Башкуева, М.Р. Структурно-функциональная дифференциация внутренних половых органов самцов норок в постнатальном онтогенезе: дис. ... канд. биол. наук / М.Р. Башкуева. - Улан-Удэ, 1997. - 146 с.
2. Комаров, А.В. Плодовитость ондатры Восточной Сибири / А.В. Комаров // Охота-пушнина-дичь. - Киров, 1971. - Вып. 33. - С. 15.
3. Ондатра в Северо-Восточной Якутии. Экология и промысел / Ю.В. Лабутин [и др.]. - М.: Наука, 1976. -С. 80-85.
4. Райцина, С.С. Цикл сперматогенного эпителия и кинетика сперматогенеза у млекопитающих / С.С. Райци-на // Современные проблемы сперматогенеза. - М.: Наука, 1982. - С. 73-107.
5. Русаков, О.С. Особенности сперматогенеза и овогенеза и строение генеративных органов крота / О.С. Русаков // Тр. 7-го Всесоюз. съезда АГЭ. - Тбилиси, 1966. - С. 774-775.
6. Садякова, А.Д. Материалы по сперматогенезу ондатры / А.Д. Садякова, Л.К. Головина, В.А. Сидорова // Уч. зап. Урал. ун-та. - 1971. - № 108. - С. 21-24.
7. Товстик О.В. Сезонные изменения в семенниках ондатры / О.В. Товстик // Уч. зап. Ленинград. пед. ин-та. - Л., 1953. - Т. 88. - С. 115-123.
8. Mc Cane, J. Special biology of reproduction of the musk rat (Ondatra zibethica) in Louisiana state / J. Mc Cane, F. Erington // J. Biology. - 1945. - Vol. 5. - № 2. - P. 102-107.
УДК 577.1 В.А. Колесников
ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА БИОХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ
Проведен анализ литературных источников по вопросам взаимодействия тежялых металлов на живой организм, который показывает, что развитие биохимических методов, которые необходимо использовать в биологическом мониторинге токсических веществ, прежде всего, связано с потенциальными методами оценки токсичности веществ-загрязнителей.
Ключевые слова: тяжелые металлы, метаболизм, биосинтез белка, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), макроэрги, полирибосомы, ферменты.
V.A. Kolesnikov
HEAVY METALS INFLUENCE ON BIOCHEMICAL REACTIONS
The literary sourses about heavy metals influence on organism are analysed in the article. The analysis shows that the development of biochemical techniques which must be applied in the biological monitoring of toxic substances is connected with the potential techniques of substance-pollutant toxicity estimation.
Key words: heavy metals, metabolism, protein biosynthesis, nucleid acids(DNK, RNK), macroergs, polyribosomes, enzymes.
Соединения металлов оказывают двойное влияние на микроорганизмы, растения и животные организмы. Если какие-либо металлосодержащие вещества распространены в окружающей среде, то они становятся токсичными при сравнительно низких концентрациях. С другой стороны, недостаток отдельных металлов рассматривается обычно как некоторый фактор, ограничивающий первичную продукцию живых организмов. Таким образом, загрязнение окружающей среды можно рассматривать в двух направлениях: с одной стороны, устранить ограничения в доступности необходимых металлов, с другой - не допускать поступления металлов до их токсических уровней (Мартин Р., 1993).
Возможность металлов образовывать металлопротеиновые комплексы играет важную роль в распределении элементов внутри организма ^гаЫ ^ et ^., 1985), дает следующую модель поведения тяжелых металлов в организме: связывание органическими веществами, разрушение металлорганических композиций, изменение степени окисления металла в биологической системе. В норме биотрансформация ведет к детоксикации. Количество и время аккумуляции металла будет зависеть от их вида и органа. Отдельные металлы распределяются различным образом в организме. Как правило, никель, медь и цинк в наименьших
